Недавно столкнулись с любопытной, на вид простой, но неоднозначной, задачей детектирования состояний железнодорожных светофоров для фиксации нарушений ПДД. Проблема оказалась в том, что подключение к железнодорожной автоматике – это сложная процедура, требующая большого количества согласований, а прокладка соответствующих кабелей требует капитальных затрат. Альтернатива – детектировать состояние светофора с камеры видеонаблюдения и фиксировать факт нарушений ПДД по данным с камеры.
Предварительно поставив цель и согласовав план проведения испытаний программно-аппаратного комплекса детектирования нарушений ПДД на регулируемых железнодорожных переездах, в качестве объекта для тестирования мы выбрали Инженерный центр Октябрьской железной дороги. Там реализован полномасштабный макет железнодорожного переезда, на котором была установлена камера и комплекс для фиксации нарушений:
Задачи:
- детектирование состояния светофора на переезде в зоне видимости камеры
- фиксация проездов ТС через переезд с распознаванием и записью номеров при красном сигнале светофора
Состав используемого аппаратно-программного комплекса:
- IP-камера, 2 МП
- Промышленный ПК Outdoor Box Micro, 2 Гб RAM, CPU Intel Atom x5, VPU Movidius
- Коммутатор
- ПО EDGE для детектирования и распознавания государственных регистрационных знаков транспортных средств
Алгоритм детектирования состояния светофора:
- Получение RTSP-потока с камеры
- Нарезка потока на фреймы
- Кадрирование зоны детектирования состояния сигнальных ламп
- Получение значения яркости для каждой ламны по N-фреймам/секундам
- Бинаризация значений яркостей по порогу
- Проверка на работу ламп в противофазе на всем анализируемом промежутке N-фреймов/секунд
- Возврат состояния светофора с задержкой от реального времени в N-фреймов/секунд
До бинаризации проверка нахождения ламп в противофазе выглядит так:
После бинаризации
0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1
1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0
Демонстрация работы детектора:
Детектирование состояния железнодорожного светофора при помощи объектной видеоаналитики
Проблемы, с которыми мы столкнулись при реализации:
- Нельзя просто детектировать значение цвета или количество красного в зоне, так как в ночное время на камере включается ИК-подсветка, и изображение становится черно-белым.
- Даже измеряя значение яркости, нельзя использовать данные только с одной лампы, так как мигание, например, сигналами аварийной остановки ТС или указателем поворота, будет фиксировать отражение в лампе и плавное изменение яркости в большую и меньшую сторону. Понятно, что можно привязываться к длине волны, но это не отменяет простой возможности удаленного воздействия на состояние светофора извне.
- Иногда светофоры работают непредсказуемо и нужно минимизировать случайные выбросы после бинаризации, так, например, допустима ситуация, когда две лампы горят красным одновременно или значения яркостей меняются ступенчато с постоянным, но меньшим затуханием.
Преимущества решения:
- Отсутствие капитальных затрат и согласований на прокладку кабельных трасс
- Отсутствие необходимости интеграции с железнодорожной автоматикой
- Наличие возможности быстрого запуска на местах (монтаж камер, разметка зон, промышленная эксплуатация)
- Наличие возможности постобработки данных по видеоархиву
- Стабильность работы в разное время суток (при сравнении замеров по изменению яркостей за период и детектированию цвета)